henry wilhelm, fsu jena1 seminar großrechneraspekte (mainframe) s/390 architektur und hardware
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Henry Wilhelm, FSU Jena 1
Seminar Großrechneraspekte(Mainframe)
S/390 Architektur und Hardware
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Gliederung
• Einführung• S/390 Architektur• S/390 Technologie• Zusammenfassung• Quellen
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Einführung (1)
Ursprünge:
7. April 1964: IBM kündigt S/360 Rechnerfamilie an
Erfinder: Gene Amdahl,
Gerry Blauuw,
Fred Brooks
IBM Entwicklungs-Abteilung unter Leitung von
B.O.Evans
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Einführung (2)
Eigenschaften der S/360 Architektur:
• 8 bit pro Byte
• Einheit der Hauptspeicheradressierung Byte
• Mehrzweckregister
• Verzicht auf direkte Hauptspeicher-Adressierung
• Unterschied zwischen Kernel- und User-Status
• S/360 Kanal (heute SCSI-Interface)
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Einführung (3)
• Grund des Erfolgs:Verpflichtung und Garantie, daß Maschinencode auf allen bisherigen und zukünftigen Rechnermodellen läuft.
• Weiterentwicklung der S/360 Architektur u.a.S/370 (1970),S/390 (1990),zSeries (2000)
• S/390 Architektur durch umfangreiche Test-Suite beschrieben.
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S/390 Architektur (1)Register
S/390:• 32 bit Steuerungs-,
Zugriffs- und Mehrzweckregister
• zusätzlich 64-bit Gleitkomma
zSeries:• Alle Register auf 64
bit erweitert
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S/390 Architektur (2)Gleitkommastandards
IEEE 754 S/390Fraktionin Bit
Exponentin Bit
Fraktionin Bit
Exponentin Bit
Short 23 8 24 7
Long 52 11 56 7
Extended 64 15 112 7
Die meisten Mikroprozessor-Architekturen verwendenden IEEE 754 Standard.S/390 dagegen ausschließlich den S/390 Standard.
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S/390 Architektur (3)Dezimalarithmetik
• Darstellung als „gepackte dezimale Zeichenfolge“0 bis 31 Ziffern
Bsp: Zeichenfolge auf Hauptspeicheradresse 2500Wert: +00123 Wert -04321
7 4 3 0 7 4 3 0
02500 0 002501 1 202502 3 C
0 43 21 D
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S/390 Architektur (4)Ascii / Unicode / EBCDIC
Darstellung der Alphanumerischen Zeichen:• Ascii
(herkömmliche PC‘s,...)
• EBCDIC (S/3xx, zSeries,...)
• Unicode Weiterentwicklung von Ascii16 Bit Kodierung / erste 7 Bit US-Ascii CodeUnterstützung auch für zSeries
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S/390 Architektur (5)Ascii / EBCDIC
Ascii EBCDIC
8x16 16x16 Bit
Bsp:
'A' 41 C1
'J' 4A D1
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S/390 Architektur (6)Big/Little Endian
Unterschiede beim Laden eines Registers:
• Big Endian-FormatS/390, BS/2000, Sparc, HP Precision, PowerPC
Verwendung:Internet IP-Adressierung
• Little Endian-FormatPentium/AlphaVerwendung:Ethernet Adressierung
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S/390 Architektur (7)Linkage Convention 1
• Bei S/390 Architektur existiert keinHardware Stack
• Benutzung von Mehrzweckregistern des Hauptspeichers (SaveArea)
• Prinzipiell beliebige Register verwendbar, i.A.Register 13: Zeiger auf Bereich im HauptspeicherRegister 14: Inhalt des BefehlszählersRegister 15: Speicher der aufzurufenden Adresse
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S/390 Architektur (8)Linkage Convention 2
0
1
13
14
15
Calling Program
Mehrzweck Register
Called Program
Save Area Pointer
Return Address
Calling Address
Save
Area
•
•
•
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S/390 Architektur (9)Speicherschutz
Aufteilung des Hauptspeichers in 4096 Byte große Blöcke
Zuordung von 4 Bit Schlüssel im Program Status Word
Bei jedem Speicherzugriff wird aus einem Schnellspeicher dieser Schlüssel ausgelesen und mit 4 Bit Feld verglichen
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S/390 Technologie (1)Bipolar/CMOS
Anfangs S/3xx mit Bipolar, nun mit CMOSGrund:
Pro Bipolar:vor den 80ern einfach schneller
Contra Bipolar:verbrauchte relativ viel Energie
Mittlerweile (seit 1994) Umstieg auf CMOS
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S/390 Technologie (2)Packaging Technologie/MCM 1
Großer Unterschied zu anderen Rechnern:
CPU, Chips für L2 Cache, Cache-Ansteuerung sowie E/A-Ansteuerung auf Multi Chip Modul (MCM)
Bsp.: z900 MCM127 x 127 mm Multilagen-Glas-Keramik-Träger107 (!) Verdrahtungslagen, 35 Chips
Idee damals auch beim Pentium Pro aufgenommen
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S/390 Technologie (3)Packaging Technologie/MCM 2 (z900)
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S/390 Technologie (4)Packaging Technologie/MCM 3 (z900)
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S/390 Technologie (4)Packaging Technologie/MCM 3 (Querschnitt)
1 km DrahtHier zum großen Teil GlaskeramikschichtenFrüher Al2O3 (ungünstigere Dielektrizitätskonstante)
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S/390 Technologie (5)MCM Kühlsystem 1
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S/390 TechnologieMCM Kühlsystem 2
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Zusammenfassung
• Es existieren Unterschiede zwischen „normalen“ PC‘s und Mainframes der S/3xx Serie– Zeichen- / Zahlenkodierung– Kein Stack bei den S/3xx– Linkage Convention– Speicherschutz– Packaging Technologie
Zukunft für Mainframes gewiss (?)
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Quellen (1)
• Einführung in z/OS und OS/390 (P.Herrmann/U.Kebschull/W.G.Spruth, Oldenburg Verlag)
• Mainframe Servers (zSeries)http://www-1.ibm.com/servers/eserver/zseries/
• Systembeschreibung eines S/360 Rechnershttp://www.research.ibm.com/journal/rd/441/amdahl.pdf
• The structure of System/360 (Blaauw,Brooks)http://research.microsoft.com/~gbell/
Computer_Structures__Rea dings_and_Examples/00000608.htm
• PDF-File mit ein paar Übersichten zur Hardware (in großer Übereinstimmung mit dem Buch)
http://www.ti-leipzig.de/os390/paul/docs/paul1n.pdf• Webseite des OS/390 Web Application Servers der Uni-Leipzig
http://jedi.informatik.uni-leipzig.de
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Quellen (2)
• Beitrag zu Mainframes der S/3xx und zSeries Architektur von TecChannel
http://www.tecchannel.de/betriebssysteme/801/index.html• Pinguin im Mainframe-Land (Ulrich Wolf)
http://www.linux-magazin.de/Artikel/ausgabe/2000/06/S390/s390.html
• Website, wo man sich seinen 370 / 390 Emulator für's eigene Linux System herunterladen kann
http://www.schaefernet.de/hercules/index.html• Es gibt tatsächlich eine Seite für Unicode
http://www.unicode.org• Nützliche Seite eines ehemaligen Informatikstudenten aus Berlin.
Befasst sich mit Unicode, Ascii etc.http://czyborra.com/
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